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Der Großteil der Betonbrücken an den Bundesfernstraßen weist eine bisherige Nutzungsdauer von 30 bis 50 Jahren auf, was sich inzwischen an zunehmenden Schäden zeigt. Zudem ist seit der Bauwerkserrichtung die Verkehrslastbeanspruchung stetig gestiegen. Die Anpassung der Brücken an die geänderten Nutzungsbedingungen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Im Beitrag werden die Auswirkungen des derzeitigen und prognostizierbaren Schwerverkehrs mit zu erwartenden höheren Gesamtgewichten und Achslasten vorgestellt sowie charakteristische Anwendungsfälle für die Verstärkung von Betonbrücken betrachtet. Globale und lokale Verstärkungsverfahren werden erörtert.
Die Standsicherheit und Dauerhaftigkeit von Spannbetonbrücken werden wesentlich durch den Ist-Zustand der Bewehrung und der Spannglieder bestimmt. Bei komplexeren Schadensbildern oder dem Verdacht visuell nicht erkennbarer Schäden sind zur Zustandsbeurteilung detaillierte Informationen über deren Art und Umfang durch Objektbezogene Schadensanalysen zu erheben. Die Anzahl der dazu zu öffnenden Untersuchungsstellen kann durch den Einsatz zerstörungsfreier Prüfverfahren (ZfPBau-Verfahren) deutlich reduziert werden. Die Leistungsfähigkeit der automatisierten ZfPBau-Verfahren - Radar, Ultraschallecho und Impact-Echo - für die Ortung von Bewehrung, internen Spanngliedern und gegebenenfalls vorhandenen Verpressfehlern wird anhand von Messungen an der Fuldatalbrücke bei Eichenzell gezeigt. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden bildgebend dargestellt.
Viele ältere Betonbrücken im Zuge der Bundesfernstraßen müssen wegen massiver Schäden in den nächsten Jahren instandgesetzt, verstärkt oder ersetzt werden. Angesichts dieser Herausforderungen an die Straßenbauverwaltungen und der damit verbundenen Minimierung der Kosten kommt der zielgerichteten Auswahl geeigneter Verstärkungstechniken besondere Bedeutung zu. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) hat daher die Erfahrungssammlung "Verstärkung älterer Beton- und Spannbetonbrücken" in Auftrag gegeben. Es wird ein Überlick über die Erfahrungssammlung (siehe AN 01596101) gegeben. In der Dokumentation wird der Stand der Technik der im Massivbrückenbau eingesetzten Verstärkungsmaßnahmen auf der Grundlage von 76 Anwendungsfällen gegeben. Außerdem werden repräsentative Verstärkungsmaßnahmen in anonymisierter Form detailliert beschrieben. Unter dem Oberbegriff "Verstärkungsmaßnahmen" sind Methoden zur Wiederherstellung oder Erhöhung der Tragfähigkeit oder Gebrauchstauglichkeit zu verstehen, während die unterschiedlichen technischen Lösungen zur Umsetzung dieser Maßnahmen als "Verstärkungstechniken" bezeichnet werden. Eine Ertüchtigung liegt dann vor, wenn man die Tragfähigkeit über den Ursprungszustand hinaus steigert. Zu den beschriebenen Verstärkungstechniken zählen: zusätzliche Vorspannung, Querkraftverstärkung mit Stabspanngliedern oder Schublaschen aus Stahl, schubfest aufgeklebte, in Schlitze eingeklebte oder vorgespannte CFK-Lamellen und aufgeklebte Stahllaschen. Verstärkungstechniken sind auch Querschnittsergänzungen mit verdübeltem Beton, mit Zusatzbewehrungen in Nuten oder zusätzlicher Betonstahlbewehrung. Ebenso zählen dazu Querschnittsergänzungen durch Spritzbeton mit zusätzlicher Betonstahlbewehrung. Einige dieser Verstärkungstechniken werden detailliert beschrieben. Des Weiteren wird zu 34 repräsentativen Maßnahmen ein Überblick gegeben. Als Erweiterung der Zusätzlichen Technischen Vertragsbestimmungen und Richtlinien für Ingenieurbauwerke (ZTV-ING) wurde auf der Basis der Erfahrungssammlung ein Regelwerkentwurf zum Verstärken von Betonbauteilen erstellt.
Unter dem Begriff "Intelligente Brücke" erfolgt in einem Forschungscluster der Bundesanstalt für Straßenwesen die Entwicklung eines adaptiven Systems zur kontinuierlichen Bereitstellung relevanter Informationen für eine ganzheitliche Zustandsbewertung durch den Einsatz von geeigneter Sensorik in Verbindung mit Analyse- und Bewertungsverfahren. Hierdurch werden online Hinweise auf zu erwartende Schädigungen und Zustandsänderungen ermöglicht. Im Rahmen des digitalen Testfelds Autobahn werden ausgewählte Entwicklungen "Einwirkungsüberwachung", "Instrumentierte Fahrbahnübergänge und Lager" sowie "Sensornetze" an einer Spannbetonbrücke im Autobahnkreuz Nürnberg umfänglich vorgestellt und damit bundesweit zugänglich gemacht. Das Gesamtsystem besteht aus den Komponenten eines Informationssystems zur Analyse und Bewertung von Messdaten instrumentierter Bauteile. Die dabei durchzuführenden Untersuchungen beziehen sich auf die fortlaufende Aktualisierung des objektbezogenen Lastmodells und Analysen zur Restlebensdauer der Brücke sowie der untersuchten Bauteile. Die erfassten und aufbereiteten Informationen werden der zuständigen Straßenbauverwaltung online zur Verfügung gestellt. Das System wird im Rahmen eines fünfjährigen Untersuchungsprogramms betrieben, analysiert und weiterentwickelt.
Bitumenextraktion aus Asphalt mit dem nachwachsenden Rohstoff Octansäuremethylester (Kokosester)
(2018)
In diesem Forschungsprojekt wird die Frage geklärt, ob Octansäuremethylester (OME) ein geeignetes Substitut für Trichlorethylen als Standardlösemittel für die Bindemittelextraktion aus Asphaltmischgut darstellen kann. Es werden die technischen Voraussetzungen für den Einsatz, die Auswirkungen auf die Ergebnisse von Laborprüfungen und eventuelle labortechnische Folgen analysiert. Die Möglichkeit der Substitution wird für verschiedene Asphaltarten und Bitumen überprüft. OME ist ein weitestgehend ungefährlicher bitumenlösender Pflanzenölester mit einem Siedepunkt von ca. 193 -°C und einem charakteristischen Geruch nach Kokos. Ab einer Temperatur von ca. 245 -°C sind die Lösemitteldämpfe bei Sauerstoffkontakt spontan entflammbar, weshalb die Heissextraktion aus Arbeitsschutzgründen mit diesem Lösemittel nicht durchgeführt werden sollte. Die Extraktion in einer geschlossenen Anlage bei abgesenktem Druck und moderateren Temperaturen kann sicher erfolgen. In den Ergebnissen der Mischgutanalyse zeigen sich unter Anwendung von OME im Vergleich zu Ergebnissen unter Anwendung von Tri als Lösemittel keine signifikanten Unterschiede. Sowohl der bestimmte Bindemittelgehalt als auch der bestimmte Fülleranteil sind unter Anwendung der beiden Lösemittel weitestgehend als gleich zu bewerten. In dem an die Extraktion anschließenden Prozess der Bindemittelrückgewinnung wird das Lösemittel im Rotationsverdampfer von der Bitumenphase getrennt. Dieser Vorgang der Destillation wurde für üblicherweise im Asphaltlabor vorhandene Rotationsverdampfer weitestgehend optimiert. Es war jedoch nicht möglich, das gesamte Lösemittel von der Bitumenphase zu trennen, weshalb Lösemittelreste im Bitumen verblieben. Diese führen zu Veränderungen der physikalischen Eigenschaften der rückgewonnenen Bindemittel. Mehrheitlich zeigt sich das mit OME zurückgewonnene Bindemittel in allen angesprochenen Temperaturbereichen weicher als nach Rückgewinnung mit Tri. Die Ergebnisse der Vergleichsuntersuchungen deuten an, dass die Menge der im Bitumen verbleibenden Lösemittelreste vom verwendeten Destillationsgerät abhängt und dadurch die Vergleichbarkeit von Ergebnissen aus Bitumenprüfungen an mit OME zurückgewonnenen Bindemitteln gering ist.
Das vorliegende Forschungsprojekt (FE 89.0288/2013) hatte zur Aufgabe, die Eignung verschiedener Systeme zur flächendeckenden Verdichtungskontrolle beim Einbau von Schichten in Asphaltbauweise zu untersuchen. Auf einer Versuchsstrecke zwischen Pirmasens und Landau wurden hierzu insgesamt 5 Testfelder mit einer Länge von jeweils 1 km angelegt und unter Anwendung herstellerspezifischer Kontrollsysteme verdichtet. Ein Feld diente dabei als Referenz, in dem keine flächendeckende Verdichtungskontrolle vollzogen wurde. Alle zur Beurteilung des Verdichtungserfolgs notwendigen Randparameter wurden kontinuierlich aufgezeichnet und anschließend ausgewertet. Hierzu zählten beispielsweise die Temperatur des Mischguts und der Luft, aber auch die durch Kameraaufnahmen dokumentierten tatsächlichen Walzüberfahrten in jedem Abschnitt. Zusätzlich wurden im Nachgang umfangreiche Kontrollprüfungen und Druck-Schwellversuche zur Bewertung der erreichten Verdichtung durchgeführt. Zusammenfassend lassen sich aus den Ergebnissen des Forschungsprojekts folgende Erkenntnisse gewinnen: - Zwischen dem Referenzfeld und den Feldern mit flächendeckender Verdichtungskontrolle konnten keine gravierenden Abweichungen der erreichten Verdichtungsgrade festgestellt werden. - Die Streuungen der Verdichtungsgrade in den jeweiligen Testfeldern weisen keine signifikanten Unterschiede auf. Die erreichten Verdichtungsgrade werden bei Verwendung von Verdichtungskontrollsystemen mit weniger Walzübergangszahlen erreicht. - Bei Verwendung von Verdichtungskontrollsystemen stellen sich eine homogenere Verteilung von Walzübergängen und damit eine gleichmäßigere Flächenverdichtung ein. Insgesamt konnte dem Einsatz von Systemen zur flächendeckenden Verdichtungskontrolle ein positiver Effekt auf den erreichten Verdichtungserfolg nachgewiesen werden.
Systematische Untersuchungen zur Belastung der Straßenabflüsse mit organischen Schadstoffen, die z. B. in Weichmachern, Tensiden, Klebstoffen, Lacken, Korrosionsschutzadditiven, Benzinzusätzen, Vulkanisierungsbeschleunigern bzw. Alterungsschutzmitteln (Antioxidans) zur Herstellung von Reifen enthalten sind, lagen bislang nicht vor. Im Rahmen dieses Vorhabens sind an drei Autobahnstandorten an der A6 (Sinsheim-Steinsfurt), A7 (Großburgwedel) und der A37 (Hannover-Kirchhorst) über den Zeitraum eines Jahres von Oktober 2011 bis September 2012 die direkten Straßenabflüsse beprobt worden. Als Parameter wurden Bezothiazole, Alkylphenole, Bisphenol A, Methyl-tert-butylether (MTBE), Bis(2-ethylhexyl)phtahalat DEHP), PAK, PCB, AOX/EOX, MKW sowie zusätzlich die Schwermetalle Zn, Cu, Pb und Cd untersucht. Die Eigenschaften der organischen Schadstoffe bedingten besondere Anforderungen an die Probenahmeeinrichtung, die Probenahme und die Analytik. Es wurden großvolumige Probensammelbehälter (rd. 900 l Inhalt) aus Edelstahl eingesetzt, die im freien Gefälle über eine Auffangwanne am Bankett und eine Edelstahlrinne mit dem direkten Abfluss der Verkehrsflächen befüllt wurden. Eine Behälterfüllung entsprach rd. 35 mm Niederschlagsabfluss. Es konnten standortabhängig zwischen 61% bis 82% des gesamten Niederschlagsabflusses über den Zeitraum eines Jahres beprobt werden. Nach Füllung der Behälter oder spätestens nach einem Monat wurden nach einer Absetzzeit von ≥ 3 Tagen das Überstandwasser und das Sediment im Behälter getrennt beprobt. Dadurch wurde bei den partikelgebundenen Analyten ein hoher Abstand der Messwerte von der Bestimmungsgrenze erzielt und damit eine höhere Messgenauigkeit erreicht. Die Proben wurden zunächst eingefroren und später abflussvolumenproportional zu Quartalsmischproben vereinigt und analysiert. In Vorversuchen wurde der Einfluss der Veränderung der Probenbeschaffenheit nach der max. 1-monatigen Standzeit im Probensammelbehälter untersucht und für die betrachteten Parameter für akzeptabel befunden. Die Schwermetall-Gesamtgehalte liegen im typischen Konzentrationsbereich von Straßenabflüssen mit hohen partikulären Anteilen (Zn > 77 %, Cu > 81 %, Pb > 91 %). Lediglich bei Cd liegt der partikelgebundene Teil mit 41"54 % deutlich niedriger. Für die Schwermetalle ist ein deutlicher Konzentrationsjahresgang mit Höchstwerten im Winter zu verzeichnen. Die Gesamtkonzentrationen für die organischen Analyten wurden mit den partikulären Anteilen (vgl. Tabelle 5-19 im Bericht) ermittelt. Für MTBE, ETBE, MBT und MeBT wurden weder in Lösung noch im Sediment Konzentrationen oberhalb der Nachweisgrenze gemessen. Für Benzol, Bisphenol A, Nonylphenol und Octylphenol konnten aufgrund der hohen Bestimmungsgrenzen im Wasser keine partikulären Anteile ermittelt werden. Die ermittelten Werte für PAK-16 und MKW treten in Straßenabflüssen häufig auf. Bezogen auf die anderen untersuchten organischen Schadstoffe liegen aus anderen Untersuchungen keine vergleichbar repräsentativen Messungen vor. Die hohen Maximalwerte einer Stichprobenuntersuchung an Autobahnen (Stachel et al. 2007) wurden nicht bestätigt. Für MKW, PAK-16, PCB-6 und DEHP konnte einheitlich ein hoher partikulärer Anteil (> 83 %) festgestellt werden. Für die 3 Benzothiazole (MTBT, BT, OHBT) liegt der partikuläre Anteil bei bis zu 53 %. Beim BTSA ergaben zwei Standorte kleine (≤ 10%) und ein Standort einen hohen partikulären Anteil (79 %). Ein first flush Effekt wurde nicht nachgewiesen. Die Schadstoffkonzentrationen direkt aufeinander folgender großer Ereignisse waren sehr ähnlich. Die Poren im Fahrbahnbelag des Standstreifens wirken wie ein Sedimentdepot, das sich über längere Zeit entleert. Bezogen auf die Regenwasserbehandlung kommt dem Rückhalt der Feinpartikel wegen des hohen partikulären Anteils der untersuchten Schadstoffe besondere Bedeutung zu.
Der vorhandene Parkraum für Lkw an BAB deckt derzeit nicht den tatsächlichen Bedarf. Um die Kapazität von Parkierungsanlagen zu erhöhen, kommen neben dem konventionellen Neu-, Um- oder Ausbau von Rastanlagen auch telematische Systeme in Betracht. So genannte "besondere Parkverfahren" ermöglichen für den Lkw-Verkehr eine optimierte Nutzung der verfügbaren Flächen und damit eine Kapazitätserhöhung auf den Rastanlagen. Derzeit sind grundsätzlich zwei Verfahren bekannt. Beim "Kolonnenparken" wird den Fahrern auf Basis ihrer eingegebenen gewünschten Abfahrtzeit an einem Terminal und der Länge des Fahrzeuges nach Möglichkeit ein freier Parkstand durch das Steuerungsverfahren zugewiesen. Beim "Kompaktparken" sollen ankommende Fahrzeugführer in der Parkstandsreihe parken, über der mittels dynamischer Anzeige die für sie passende Abfahrtzeit angezeigt wird. Besondere Parkverfahren scheinen nach den bisher gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnissen prinzipiell dazu geeignet zu sein, die Kapazität einer Rastanlage zu erhöhen. Ziel dieser Untersuchung ist es, eine Methode zur Wirtschaftlichkeitsbewertung der besonderen Parkverfahren im Vergleich zum konventionellen Ausbau zu entwickeln. Hierzu werden ein Bewertungsverfahren und ein Berechnungstool realisiert, welches eine Bewertung der Kosten- und Nutzen-Komponenten besonderer Parkverfahren im Vergleich zum konventionellen Um-, Aus- oder Neubau einer Rastanlage einfach ermöglicht. Das entwickelte Bewertungsverfahren war Grundlage für die Erstellung eines auf einer Tabellenkalkulation basierenden Berechnungstools zur Anwendung durch entsprechend mit den planerischen Grundlagen und der Projektspezifik vertrautes Fachpersonal. Durch das Berechnungstool wird die Kostenerfassung einerseits und die Nutzenquantifizierung andererseits formalisiert abgehandelt und präsentiert. Dieses Tool wurde anhand von Anwendungsbeispielen evaluiert.
Die Messung des Kraftstoffverbrauches und der CO2-Emissionen stellt einen wichtigen Baustein im Rahmen des europäischen Typgenehmigungsverfahrens von Personenkraftwagen dar. Die Anforderungen sind dabei in der VO (EG) 715/2007 in Verbindung mit der VO (EG) 692/2008 und denen sich daraus entwickelnden Fassungen dargelegt. Diese Arbeit soll dabei wichtige Aspekte hinsichtlich der Überprüfung der ermittelten CO2-Emissionen in Bezug auf die CoP (conformity of production) liefern. Bei der Prüfung der Übereinstimmung mit der Produktion (CoP), werden Fahrzeuge stichprobenartig aus der Produktion entnommen und gemessen, wobei diese "0" km Laufleistung aufweisen. Bis sich der Kraftstoffverbrauch auf einen stabilen, etwa gleichbleibenden Wert eingepegelt hat, ist in der Regel der fabrikneue Motor einzufahren. Auf Antrag des Herstellers können die Prüfungen an Fahrzeugen durchgeführt werden, die eine maximale Einfahrstrecke von 15.000 km zurückgelegt haben. Ein alternatives Verfahren zu einer Einfahrprozedur ist, dass der Fahrzeughersteller anstelle des Fahrens der Einfahrstrecke einen festen Faktor als Entwicklungskoeffizient (EC) annehmen darf. Gemäß ECE-Regelung Nr. 101 beträgt dieser Faktor 0,92, d.h. die bei "0 km" gemessenen CO2-Werte können um 8 % reduziert werden. Die Aufgabenstellung dieses Forschungsvorhabens ist, die Datengrundlage durch Abgasrollenprüfstandsmessungen zu verbessern. Auf Grundlage dieser kann in einem weiteren Schritt abgeleitet werden, ob der Entwicklungskoeffizient in Höhe von 8 % für aktuelle Fahrzeuge noch Anwendung finden kann oder ob im Rahmen der Überarbeitung der Messverfahren und Randbedingungen (WLTP) ein abweichender Wert abgeleitet werden muss. Dazu wurden in dieser Arbeit insgesamt 25 Fahrzeuge in zwei Stützstellen bei "0" und "15.000" km auf einem Abgasrollenprüfstand hinsichtlich der CO2-Emissionen und des Kraftstoffverbrauches gemessen. Um eine ausreichende Repräsentativität zu erhalten, wurde eine hinreichend große Anzahl von Fahrzeugen aus verschiedenen Segmenten und mit unterschiedlichen Antriebskonzepten (Otto, Diesel, Handschalter, Automat, Allrad, etc.) der Abgasstufen Euro 5 und Euro 6 untersucht. Es stellte sich heraus, dass sich die untersuchten Fahrzeuge hinsichtlich der in beiden Stützstellen gemessenen CO2-Emissionen signifikant verbesserten. Der Mittelwert der prozentual ermittelten Abweichungen aller Datensätze lag bei -3,3%, wobei die Bandbreite der Messergebnisse von +1,8% bis -7,3% reichte. Ferner konnte festgestellt werden, dass der Einlaufprozess der Fahrzeuge kontinuierlich und während der ersten Kilometer am höchsten ausgeprögt ist. Dies bedeutet, dass auch in Zukunft für den Zweck der CoP geeignete Verfahren existieren müssen, welche die Einlaufeffekte berücksichtigen. Da der praktische Aufwand sehr hoch ist, für alle Fahrzeuge individuelle Entwicklungskoeffizienten zu ermitteln, sollte auch weiterhin ein fester Entwicklungskoeffizient als Alternativvariante vorgesehen werden. Die im Rahmen des Projektes gewonnen aktuellen Daten liefern wichtige Erkenntnisgewinne. Dies ist umso bedeutsamer, da derzeitig auch keine anderen Untersuchungen zu dieser Thematik durchgeführt worden sind. Die Resultate dieser Studie können direkt in die Entwicklung der neuen WLTP - Vorschrift einfließen.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) bringt zum Ende jeden Jahres eine Prognose der Unfall- und Verunglücktenzahlen des noch laufenden Jahres heraus, um so über die Entwicklung der Verkehrssicherheit in Deutschland Bilanz ziehen zu können. Dabei wird das Unfallgeschehen nach dem Schweregrad der Konsequenzen, der Ortslage sowie Alter und Art der Verkehrsbeteiligung der Verunglückten in 27 Zeitreihen unterteilt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Daten lediglich für die ersten acht oder neun Monate erhältlich. Um Bilanz zu ziehen, werden die Anzahlen der letzten drei oder vier Monate prognostiziert. Gesamtziel des hier beschriebenen Forschungsvorhabens ist die Optimierung der jährlichen Unfallprognosen durch Anwendung von strukturellen Zeitreihenmodellen, bei denen die Vorhersagen aus dem Trend der vorliegenden Monate, und der Dynamik der vorhergehenden Jahre abgeleitet werden. Um dem Einfluss der Witterungsverhältnisse Rechnung zu tragen, werden dabei meteorologische Variablen in das Vorhersagemodell aufgenommen. Um die Modelle zu testen, werden die endgültigen Daten der letzten 15 Jahre jeweils aus den vorläufigen Daten der ersten Monate vorhergesagt und mit den tatsächlich beobachteten endgültigen Unfall- und Verunglücktenzahlen verglichen. Die Resultate zeigen, dass im Vergleich zu den bisherigen Vorhersagen mithilfe der hier vorgestellten Modelle die Vorhersagen für 25 der 27 Reihen präziser werden. Lediglich zwei Reihen zeigen einen leichten Anstieg des Vorhersagefehlers. Beim Vergleich von Modellen mit und ohne meteorologischen Variablen zeigt sich, dass 23 der 27 Reihen besser vorhergesagt werden können, wenn man das Wetter berücksichtigt. Neben der verbesserten Vorhersage ermöglicht die Aufnahme der Wettervariablen auch eine Einschätzung, wie groß der Einfluss der Witterungsgegebenheiten auf das Unfallgeschehen ist. Es zeigt sich also, dass die Anwendung von strukturellen Zeitreihenmodellen und die Berücksichtigung von meteorologischen Variablen zu einer deutlichen Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit führen. Die Verbesserung der Vorhersagen durch die Aufnahme von Wettervariablen bestätigt nochmals den Einfluss der Witterungsumstände auf das Unfallgeschehen.